Ayumi Yoshida estudava na Escola Primária Teitan quando Shinichi entrou em sua turma sob o nome de Conan Edogawa. Ela faz amizade com Conan e o persuade a participar junto dela, Genta e Mitsuhiko na investigação de uma mansão que parecia estar assombrada. Descobriu‑se que a suposta assombração servia apenas para mascarar um antigo crime de homicídio; graças à investigação de Conan, o caso foi solucionado e os responsáveis foram presos. Em seguida, ao encontrar por acaso um mapa do tesouro, Ayumi, Genta, Mitsuhiko e Conan partem para localizar um esconderijo com moedas de ouro italianas saqueadas; nessa jornada, Conan as protege das tentativas de assassinato dos membros da máfia que também perseguem o tesouro. As atitudes de Conan geram a gratidão de Ayumi, que logo desenvolve nela uma forte afeição. Depois que o caso é solucionado, Ayumi se une a Genta e Mitsuhiko, criando o núcleo do grupo de detetives amadores chamado Detetives Boys. Ela permanece como única integrante feminina dos Detetives Boys até que Ai Haibara venha a integrar o grupo. Ayumi é uma garota ingênua e inocente, amante da aventura. Ao longo do tempo, ela mostra coragem e se torna a alma alegre do grupo. Ayumi sente atração por Conan, chegando a sonhar em casá‑lo, algo que o deixa desconfortável. Simultaneamente, Ayumi acredita ter sentimentos por Haibara, pois tenta protegê‑la; Haibara percebe que elas conversam em particular. Ayumi faz de Haibara sua melhor amiga e aceita que esta a chame de “Ai-chan”, usando um tratamento mais informal. Em vários casos, Ayumi costuma fazer observações simples que impulsionam o avanço e a solução dos mistérios. Por exemplo, ela decifrou um dos códigos do recipiente Momotaro encontrado pelos detetives em Kurashiki, deduzindo que se referia a uma das estátuas do Museu de Arte de Oohara; eles precisaram caminhar 25 passos na direção em que a estátua estava virada. Ayumi percebe detalhes inusitados na aparência das pessoas; por exemplo, observou que Taiko Mejin estava com o rosto raspado enquanto vestia roupas casuais, algo que ele costuma deixar crescer quando não usa kimono.